近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員楊棟和劉生忠團隊，在鈣鈦礦太陽能電池規模化制備方面取得進展。該團隊開發出分子膠水界面錨定技術，實現了高效、大面積鈣鈦礦組件涂布印刷制備。
鈣鈦礦太陽能電池憑借高效率、低成本等優勢，被視為下一代光伏技術的核心。在產業化中，適合大面積連續生產的涂布印刷工藝是首選技術路線。然而，作為電子傳輸層的氧化錫納米顆粒在涂布過程中易發生團聚，導致薄膜不均勻，進而引發鈣鈦礦層結晶缺陷和界面電荷傳輸障礙，制約電池性能提升。
該研究將四甲基氯化銨引入氧化錫前驅體膠體溶液中，通過正負電荷相互作用，錨定氧化錫顆粒，抑制其團聚，提升溶液穩定性。實驗表明，這一技術使涂布后的薄膜表面粗糙度降低32%，且針孔缺陷減少。同時，四甲基氯化銨分子中的氮原子與鈣鈦礦中的鉛離子形成化學鍵，如同“膠水”一樣緊密連接電子傳輸層和鈣鈦礦吸光層，使界面缺陷密度降低40%，提升了電荷提取效率。
基于這一“分子膠水”策略，研究實現了鈣鈦礦組件從實驗室水平制備到規模化生產，采用全涂布工藝制備的57.20 cm2大面積鈣鈦礦組件效率達22.76%，經國際權威機構認證效率為21.60%；未封裝器件在大氣環境（ISOS-O測試）下運行1,500小時后仍保持93.25%的初始效率，高穩定性為鈣鈦礦組件的商業化應用提供支撐。該技術在柔性鈣鈦礦電池中同樣表現優異，57.20 cm2的大面積柔性鈣鈦礦組件效率超過20%，經500次彎折后效率保持率達95.3%，為柔性鈣鈦礦電池在可穿戴設備和車載發電等場景應用開辟了新路徑。
相比于依賴高純度溶劑和小面積制備的傳統旋涂工藝，“分子膠水”策略的最大優勢在于其與涂布印刷工藝具有深度適配性。該技術可實現米級薄膜連續生產，并將材料利用率提升至90%以上，能耗降低50%。四甲基氯化銨作為工業級試劑，成本僅為傳統界面修飾材料的1/10，且無需額外復雜工藝，有望為鈣鈦礦太陽能電池的產業化提供便利的高性價比解決方案。
相關研究成果以Interfacial molecular anchor for ambient all-bladed perovskite solar modules為題，發表在《焦耳》（Joule）上。研究工作得到國家重點研發計劃、中國科學院戰略性先導科技專項（B類）、大連化物所-沈陽自動化所聯合創新基金等的支持。
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分子膠水界面錨定技術助力實現高效大面積鈣鈦礦組件涂布印刷制備
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